机床测头-测量系统分析在汽车零部件行业生产过程的应用

通过对汽车行业测量系统需求的研究，结合汽车零部件行业的现场应用，探讨测量系统分析(MSA)在实际应用中的疑点和难点，以及在生产实践中的重要性，进而根据生产和过程控制的需要，在现场实践中灵活机动的使用。

1前言

测量分析(MSA)是汽车行业五大工具之一，是IATF 16949质量管理体系在汽车行业的补充要求。测量分析通常分为计数型和计量型两种。测量系统分析通常分析测量系统的五个方面，即偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性[2]，以下简称“五大特性”。有效性、漏判率和误判率常用于分析类型计数测量系统。

2测量系统的基本概念

测量系统可分为计数型和计量型。测量后，测量系统可以给出具体的测量值，计数系统只能给出定性的测量结果。

2.1计量测量系统

偏倚:指同一测量对象多次测量的平均值与测量对象的基准值或标准值之差。其中，标准值可以用更高级别的测量设备取几次测量的平均值来确定。

线性:指偏差为其范围内参考值的线性函数。对于通常的测量方法，一般来说，当测量参考值较小时，测量偏差会较小；当测量参考值较大时，测量偏差会较大。

稳定性:通常指系统的计量特性随着时间的推移保持不变的能力。在研究测量系统的稳定性时，假设测量系统的统计性能在一定时期内保持不变。

重复性:是指在尽可能相同的测量条件下，对同一测量对象重复测量所引起的波动。重复性主要反映量具本身的波动。

再现性:指不同操作者使用同一量具多次测量同一零件所产生的波动。再现性主要是测量不同操作者在测量过程中产生的波动。图2显示了过程恶化的组成。

2.2计数测量系统

有效性:可分为测量员的有效性和系统的有效性。测量人员的有效性是指有效件数与被测件数之比。系统有效性是指有效零件数与测试零件数之比。

泄漏率:对于每个测量员，基准不可接受的零件被遗漏为可接受的机会的百分比。

误判率:对于每个检验员，将基准合格的零件误判为不合格的概率百分比。

3测量系统结果的评价

分析测量系统的评价结果，以确保测量系统是否允许用于预期目的。对于计量测量系统，主要是评价重复性和再现性是否可接受，其验收标准为:小于10%的测量系统是可接受的；低于10% ~ 30%则有条件接受，根据测量系统的重要性、测量工具的成本、顾客是否认可等进行综合评价。比测量系统高30%是不可接受的，需要改进。在满足上述要求的基础上，测量系统设置分辨率指标，通常要求可分辨类别数NDC > 5 [1]。对于计数测量系统，通常根据有效性、漏判率和误判率三个方面进行判断。

4测量系统分析在生产实践中的重要性

汽车质量管理体系的特殊要求。最新的IATF 16949 7.1.5.1.1明确规定“应进行统计研究，以分析控制计划中确定的每个检验、测量和试验设备系统的结果的变化，所采用的分析方法和验收准则应与《测量系统分析参考手册》一致”。

对于整个制造过程来说，过程的总变差一半来自过程本身，一半来自测量系统。图3显示了变化的组成。好的测量系统可以产生高质量的测量数据，高质量的测量数据代表无限接近真实值。构成测量系统的要素很多，如人(测量人员)、环境、被测对象和测量过程等。这里最重要的一点是量具本身，量具的选择要特别注意测量系统的研究。

基于上述原则，判断制造过程能力是否满足要求取决于两个方面，一是设备的能力，二是测量系统的能力。需要测量系统分析来判断测量数据的质量。特别是对于汽车零部件行业，只进行周期检定和周期校准，结果只能代表特定条件下量具的某种“偏差”，而不能反映整个测量系统与零部件之间的相互作用。基于检验中常见的两个错误，一是不合格产品被接受，二是不合格产品被拒绝。由于测量系统起着决定性的作用，因此有必要对测量系统进行分析，并对测量系统的能力进行评估。

5测量系统分析中难点的探讨

5.1计量测量系统“五特性”分析的选择

在计量测量系统分析中，通常要求分析“五大特性”。是否每次都分析“五大特性”，需要将测量系统分析工具与测量工作和实际应用相结合。测量系统的偏差和线性度可以根据实际情况通过量具校准来确定[3]；结合稳定性现场相同质量特性的校准结果；重复性和再现性取决于测量工具的类型和用途。比如一些精密的测量设备，设置好程序后会自动测量，受人为因素影响较小。此时，只能考虑测量系统的重复性。

任何对测量系统的研究都要从实际情况出发，根据测量系统的目的，分析哪些特性。既要考虑测量系统应用的准确性和稳定性以保证生产出合格的产品，又要考虑测量系统分析的可行性和经济性以保证公司的合理运行。

5.2测量和计数测量工具的选择

在实际生产过程中，同一质量特性往往由多种检测方法检测，包括计量测量系统和计数测量系统。例如，在测量孔的直径时，可以用坐标或检查规来测量。无论选择哪种测量工具，都要先分析测量系统。但是量具的选择要根据实际情况从以下两个方面来讨论:第一，如果检验是为了进一步的能力分析，比如设备能力分析、加工过程能力分析，那么就要选择测量系统，根据实际情况研究测量系统的五个特性；其次，如果检验只是为了验证尺寸是否合格，提供合格的产品，从经济角度考虑，可以选择计数测量系统，选择Kappa分析等方式研究测量系统[1]。

5.3测量工具分辨率的选择

在测量系统的分析中，我们经常会遇到一个现象，就是按照基本的十分之一原理来选择测量工具，但是分析结果显示测量系统变得差于10%，NDC < 5。此时，测量系统是否可接受是不可接受的。原则上，根据MSA手册，如果根据测量系统的实际应用来分析这种现象的根本原因，NDC < 5表示测量数据分层较少。一、测量其次，所选零件不分层，制造工艺相对稳定。第二种情况，可以重新评估测量系统，合理安排抽样方案，再次分析测量系统。这时，NDC可能会有所改进。此时，如果NDC < 5，测量系统是可以接受的。

在测量分析中，可能会出现另一种现象，即基于零件公差分析的测量系统变差小于10%，基于零件变异分析的测量系统变差小于10%。此时，测量系统是否合格。其实有两种情况:一是用测量数据来判断零件是否合格，此时测量系统是可以接受的；第二，测量数据是用于过程能力分析的，需要根据具体情况进一步分析和评价。

5.4如何取样

关于测量系统的抽样经常有争议。有些人认为抽样应该包括质量特性的公差。有些人认为应该在制造过程中取样以掩盖制造过程中的变质。其实两种说法都有道理，只是需要区分计量情况和计量制度的使用。如果测量系统是为了评价零件是否合格，毫无疑问，测量系统分析过程中的抽样应覆盖整个公差；如果测量系统用于评估制造过程能力，则应在制造过程中取样，以涵盖制造过程的变化。

6结束语

测量系统分析(MSA)作为汽车行业常用的测量系统分析工具之一，是汽车行业的宝贵财富，广受欢迎。但是任何问题都不能脱离整体单独看，太局限于工具论而不做任何修改。在实际操作中，要结合生产和流程控制的需要进行选择，灵活运用，不要让工具成为负担，而是作为公司良好运营的良药和利器。